油氣管道地鐵雜散電流直接排流技術(shù)應(yīng)用

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(1.華南藍(lán)天航空油料有限公司，廣東 廣州 510470;2.青島鋼研納克檢測防護(hù)技術(shù)有限公司，山東 青島 266071)

油氣管道地鐵雜散電流直接排流技術(shù)應(yīng)用

陳耀1,嚴(yán)顯智1,阮建平1,丁繼峰2,郭彥明2

(1.華南藍(lán)天航空油料有限公司，廣東 廣州 510470;2.青島鋼研納克檢測防護(hù)技術(shù)有限公司，山東 青島 266071)

簡述地鐵雜散電流對油氣管道引起的腐蝕情況，分析地鐵雜散電流防護(hù)方式，通過工程實(shí)例驗(yàn)證了直接排流技術(shù)應(yīng)用的可行性及有效性。結(jié)果表明:直接排流技術(shù)是減輕地鐵雜散電流干擾的有效防護(hù)措施，具有排流效果好、經(jīng)濟(jì)和簡單等優(yōu)點(diǎn)。建議地鐵周圍有油氣管道時，應(yīng)預(yù)留油氣管道排流電纜接口。

雜散電流地鐵直接排流技術(shù)油氣管道

隨著國民經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，地鐵在城市交通中扮演越來越重的角色。據(jù)統(tǒng)計，截止2016年底中國大陸已有27個城市開通地鐵，投運(yùn)長度達(dá)3 000 km，據(jù)估計到2020年全國地鐵運(yùn)行總長度將超過6 000 km。鑒于國內(nèi)人多地狹的特點(diǎn)，地鐵和油氣管道不可避免地交叉和伴行，像北京、上海、廣州和深圳等地將地鐵修至航站樓?，F(xiàn)階段因地鐵雜散電流的影響，廣州機(jī)坪航油管道和廣州長輸管道等有相關(guān)數(shù)據(jù)資料顯示，管道陰極保護(hù)電位發(fā)生電位漂移，且陰極保護(hù)電位不達(dá)標(biāo)，管道處于陰極保護(hù)欠保護(hù)狀態(tài)。國內(nèi)早在多年前就有相關(guān)雜散電流腐蝕報道,如北京和天津地鐵雜散電流造成水管腐蝕穿孔；香港地鐵雜散電流干擾引起煤氣管道泄漏[1]。在一些地鐵運(yùn)行歷史較長的發(fā)達(dá)國家，雜散電流腐蝕同樣嚴(yán)重，如英國曾因地鐵雜散電流腐蝕造成鋼筋混凝土塌方事故；美國地鐵雜散電流腐蝕引起汽油管道陰極保護(hù)失效等[2-3]。因此,應(yīng)采取合理的措施對雜散電流進(jìn)行嚴(yán)格而有效地防護(hù)。主要結(jié)合研發(fā)的新型極性排流器，研究直接排流技術(shù)對油氣管道地鐵雜散電流的防護(hù)效果。

1 地鐵雜散電流對油氣管道的腐蝕

城市地鐵由1 500 V或750 V直流電牽引，正極采用架空的接觸網(wǎng)或者第三軌供電，以行走軌道作為負(fù)極回流導(dǎo)體。由于負(fù)極行走軌對地絕緣不良，部分電流泄漏流入大地，形成雜散電流。若油氣管道處在此電流泄漏區(qū)間內(nèi)，由于管道對地絕緣并不充分，為雜散電流提供一個低電阻通道，雜散電流流入管道。由于電流是閉合環(huán)路，會從管道其他的破損點(diǎn)流出重新進(jìn)入鋼軌最后回到供電站的負(fù)極。在雜散電流上述流動過程中，形成了兩個腐蝕電池:一個是電流流出鐵軌進(jìn)入管道處，鐵軌是腐蝕電池的陽極，發(fā)生腐蝕，管道為陰極，不腐蝕；另一個是電流流出管道返回鋼軌處，管道是腐蝕電池的陽極，發(fā)生腐蝕,鐵軌則是陰極，不腐蝕。在作為陽極的管道處發(fā)生的腐蝕實(shí)質(zhì)上是電解腐蝕，這是因?yàn)橥饧拥碾s散電流參與了腐蝕過程，雜散電流相當(dāng)于外部電源，因此金屬管道與土壤介質(zhì)間進(jìn)行的是電解反應(yīng)。正因?yàn)槿绱?，雜散電流干擾腐蝕比一般的土壤腐蝕要劇烈得多。根據(jù)法拉第電解定律：在電極上溶解(或析出)的物質(zhì)的質(zhì)量m與通過電解液的總電量Q(即電流強(qiáng)度與通電時間的乘積)成正比。即1 A的直流雜散電流在1 a內(nèi)可腐蝕掉鋼鐵9.1 kg[4]，如果換算成1 mA的直流雜散電流作用在油氣管道1 cm2防腐層破損點(diǎn)處，腐蝕深度高達(dá)11.6 mm/a，大于大多數(shù)油氣管道的壁厚。若管道采用犧牲陽極陰極保護(hù)，流入管道的雜散電流還有可能從犧牲陽極流出，從而加速犧牲陽極的消耗，影響管道的陰極保護(hù)狀態(tài)。

2 地鐵雜散電流干擾防護(hù)措施

地鐵雜散電流防護(hù)目前主要是“堵”和“排”?！岸隆笔侵冈诘罔F負(fù)極回流軌與大地之間采取有效的絕緣措施，控制和減小雜散電流產(chǎn)生的根源，隔離所有可能的雜散電流泄漏途徑。“排”是將地鐵負(fù)極回流軌中部分往外泄漏的電流，通過合理的排流結(jié)構(gòu)，為其提供一條暢通的低電阻通道，將其送回供電所的負(fù)極。

“堵”主要系地鐵方面負(fù)責(zé)，這里不多贅述。目前，國內(nèi)油氣管道針對地鐵雜散電流所采取的防護(hù)方法主要有間接排流和直接排流。其中間接排流法應(yīng)用較多，直接排流法應(yīng)用尚未有相關(guān)報道。

直接排流技術(shù)是將管道中流動的雜散電流，通過人為通路使之直接回流到地鐵牽引供電所的負(fù)極。直接排流技術(shù)具有排流效果好，經(jīng)濟(jì)、簡單，便于管理維護(hù)的特點(diǎn)，不足之處是管道距地鐵變電所不能太遠(yuǎn)。直接排流技術(shù)中雜散電流的流動路徑是：地鐵部分泄漏的電流流向土壤，沿土壤流動，從土壤/管道界面進(jìn)入油氣管道，再沿油氣管道流動，通過新型極性排流器，沿牽引回流導(dǎo)線至變電所負(fù)極(見圖1)。

圖1 直接排流技術(shù)示意

3 直接排流技術(shù)的應(yīng)用

3.1工程概況

廣州白云國際機(jī)場供油系統(tǒng)長輸管線從黃埔中轉(zhuǎn)油庫至機(jī)場油庫部分，全長46.8 km,管道規(guī)格為φ273 mm×6 mm，外防腐層為3PE(三層聚乙烯)。全線管道分為A和B兩段，A段靠近黃埔中轉(zhuǎn)油庫，長度大約為17 km，采用的是犧牲陽極+外加電流陰極保護(hù)；B段靠近機(jī)場油庫，長度約為30 km，采用的是外加電流陰極保護(hù)。線路上約6 km航油管道與廣州地鐵6號線伴行。項(xiàng)目選取與航油管道伴行的地鐵6號線暹崗站，在此處設(shè)置一處直接排流點(diǎn)。直接排流點(diǎn)的安裝需要從管道側(cè)鋪設(shè)一條長約500 m的排流電纜(VV22-1 kV-1×35 mm2)通過研發(fā)的新型極性排流器到地鐵排流柜，然后再引電纜至牽引供電所負(fù)極或回流軌道。通過檢測管道排流量及測量排流保護(hù)長度，研究直接排流防護(hù)技術(shù)的排流效果。

3.2檢測結(jié)果

工程實(shí)施完成后，新型極性排流器接入模擬管道試運(yùn)行3 d，確認(rèn)安全后接入航油管道。由于雜散電流是無規(guī)律的且變化幅度較大，現(xiàn)場直接測量很困難，通過在排流回路中串聯(lián)一個阻值為0.1 Ω的標(biāo)準(zhǔn)電阻，測試其兩端的電壓，即可知雜散電流的排流量。利用FLUKE289C儀器測試記錄標(biāo)準(zhǔn)電阻兩端的電壓，取樣間隔為6 s，測試時間24 h，結(jié)果見圖2。

圖2 直接排流點(diǎn)持續(xù)監(jiān)測結(jié)果

從圖2可以看出，地鐵雜散電流連續(xù)可變，無規(guī)律可循，沒有固定的數(shù)值。

地鐵停運(yùn)時間(23：30—06：00)內(nèi)，排流電流基本為零，最大排流量為11.2 A，整體排流量在4 A左右。傍晚排流量是其他運(yùn)營時間的2倍多，跟行車密度有關(guān)。

3.3直接排流距離

根據(jù)測試結(jié)果可知，在23：30至第二天凌晨6點(diǎn),航油管道電位處于平穩(wěn)無干擾狀態(tài)，排流器排出電流趨于零。在此時間段將黃埔中轉(zhuǎn)油庫強(qiáng)制排流站和白云機(jī)場油庫強(qiáng)制排流站均調(diào)整至沒有地鐵干擾時的狀態(tài)，機(jī)場油庫電流輸出1.4 A，黃埔中轉(zhuǎn)油庫電流輸出1 A。在此狀態(tài)下，線路各測試樁的陰極保護(hù)電位均負(fù)于-0.85 V，符合GB/T 21448—2008《鋼質(zhì)管道陰極保護(hù)技術(shù)規(guī)范》的要求。保持此狀態(tài)不變，在地鐵運(yùn)行期間，保證直接排流正常工作測試各測試樁的極化電位；斷開直接排流，采用相同方法測試各測試樁的極化電位，各測試點(diǎn)極化電位測試結(jié)果如表1所示。由表1可以看出，航油管道在有直接排流時，管道極化電位均符合規(guī)范要求且電位穩(wěn)定；而無排流時，管道極化電位部分不符合規(guī)范要求，且極化電位持續(xù)波動。0182號樁至1100號樁，管道長超過20 km，在直接排流作用下，長輸管道極化電位均達(dá)到了規(guī)范要求。

表1 各測試樁的極化電位 V

一個直接排流點(diǎn)保護(hù)距離沒有準(zhǔn)確數(shù)字,保護(hù)距離的長短和管道受干擾的程度有關(guān)系，而管道受干擾的程度又和管道的防腐層、管道陰極保護(hù)方式、管道和地鐵的相對位置、地鐵的雜散電流泄漏量、地鐵線路數(shù)量和地鐵的運(yùn)行密度等均有關(guān)系。就廣州長輸管道來說，與地鐵6號線伴行5.8 km，最近點(diǎn)距地鐵30 m左右,管線防腐層經(jīng)前期檢測維護(hù)后整體良好，線路部分不符合要求的犧牲陽極已摘除。綜合以上因素，直接排流受保護(hù)管道大于10 km。

4 結(jié)論及建議

(1)地鐵雜散電流對油氣管道干擾嚴(yán)重，影響管道安全，需及時采取防護(hù)措施。

(2)從目前實(shí)踐來看，受地鐵雜散電流干擾的油氣管道采用直接排流技術(shù)，排流效果好，排流距離能夠達(dá)10 km以上；并且該技術(shù)造價低、施工簡單及便于管理維護(hù)。直接排流法是防止油氣管道發(fā)生地鐵雜散電流腐蝕的有效方法，但是在實(shí)施時需要征得地鐵相關(guān)單位的支持與配合。

(3)建議新建地鐵，在有牽引供電所的地鐵站外預(yù)留油氣管道排流電纜接口，以便油氣管道直接通過排流電纜將雜散電流送回供電所負(fù)極；有條件實(shí)施直接排流的油氣管線，管道產(chǎn)權(quán)單位應(yīng)和地鐵方密切配合，采取直接排流技術(shù)。

[1] 高敬宇,易凡.地鐵及輕軌雜散電流腐蝕的防護(hù)措施[J].天津理工大學(xué)學(xué)報,1996,12(1):32-36.

[2] 林江,唐華,于海學(xué).地鐵迷流腐蝕[J].建筑材料學(xué)報,2002,5(1):72-76.

[3] 盧木,王濮信,盧金勇.混凝土中鋼筋銹蝕研究現(xiàn)狀[J].混凝土,2000,23(2):37-41.

[4] 胡士信.陰極保護(hù)工程手冊[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社，1999：255-256.

(編輯 王菁輝)

ApplicationofMetroStrayCurrentDirectDischargeTechnologyinOilandGasPipelines

ChenYao1,YanXianzhi1,RuanJianping1,DingJifeng2,GuoYanming2
(1.SouthChinaBlueskyAviationOilCo.,Ltd.,Guangzhou510470,China;2.QingdaoNCSTesting&CorrosionProtectionTechnologyCo.,Ltd.,Qingdao, 266071,China)

Corrosion of metro stray current to oil and gas pipelines was briefly introduced, and protection of metro stray current was analyzed. Feasibility and effectiveness of direct discharge technology were verified by case study. The results showed that direct discharge technology was an effective protective measure to reduce interference of metro stray current, and had the advantages of economy, simplicity and good drainage effects. It is recommended that discharge cable interface should be reserved for oil and gas pipelines at construction when there are oil and gas pipelines around the metro.

stray current, metro, direct discharge technology, oil and gas pipelines

2017-04-12；修改稿收到日期：2017-06-28。

陳耀(1975—)，工程師，主要從事航油儲運(yùn)設(shè)施工藝、防腐、HSSE及技術(shù)管理工作。E-mail:chenyao@blueskyoil.com